Исследование работы комбинированной металлической винтовой сваи
Сообщение, сделанное аспирантом РУП "Институт "БелНИИС" Людмилой Чеботарь (руководитель темы — кандидат технических наук, заведующий лабораторией конструкций фундаментов РУП "Институт БелНИИС" Владимир Кравцов) на научно-техническом семинаре "Прогрессивные конструкции фундаментов в грунтовых условиях Беларуси".
Устройство свайных фундаментов — одна из тех областей, где задача энерго- и ресурсосбережения решается наиболее успешно. Технико-экономическое сравнение, выполненное БелНИИС, показывает, что наиболее эффективным представляется использование винтовых металлических свай. На сегодняшний день имеется немало исследований поведения, как правило, железобетонных свай, в то время как в Беларуси вполне могут сооружаться облегченные фундаменты, воспринимающие вертикальные нагрузки до 1000 кН и горизонтальные до 500 кН. К сожалению, широкое внедрение в стране металлических винтовых свай сдерживает отсутствие нормативно-технической базы, данных по несущей способности, деформациям в различных грунтовых условиях Беларуси и при воздействии на них различных вдавливающих, выдергивающих, горизонтальных и моментных нагрузок.
Поэтому был выполнен ряд исследований особенностей работы металлических винтовых свай в различных грунтовых условиях Беларуси в зависимости от их размеров, характера загружения и условий изготовления и проектирования с целью дальнейшего усовершенствования конструкции сваи на основе полученных результатов. Достаточно широк спектр использования винтовых свай. В России данная технология применяется с середины прошлого столетия для быстрого возведения объектов военного назначения на неподготовленных площадках с неблагоприятными условиями (большой уклон поверхности, вечная мерзлота). Свойства этих свай быстро оценили и гражданские строители, начав использовать винтовые сваи при строительстве ЛЭП, мостов и путепроводов, опор антенн сотовой связи, подпорных стен для трубопроводов. В Санкт-Петербурге и Москве они используются при малоэтажном строительстве, возведении временных сооружений (стойки биг-бордов, остановочные павильоны, указатели, дорожные знаки, элементы садово-парковой архитектуры). Анализ отечественного и зарубежного опыта показал, что применение винтовых свай, в том числе в сложных грунтовых условиях, по сравнению с традиционными методами (забивка, вибропогружение, вдавливание, изготовление буронабивных свай с уширением) дает значительный технико-экономический эффект по многим показателям. В 2-3 раза сокращаются продолжительность и объем работ. На 30-50% уменьшается расход материала.
Имеющиеся на сегодняшний день данные испытаний немногочисленны, на территории же Беларуси они вообще отсутствуют. Поэтому одной из первоочередных задач в области проектирования фундаментов на винтовых сваях является исследование закономерностей их работы в условиях комбинированных нагрузок и различных грунтовых условиях. В ходе испытаний по результатам лабораторных исследований и численного моделирования были приняты конструкции, равнопрочные как по материалам, так и по грунту. Нагрузка на грунт примерно вдевятеро больше площади поперечного сечения, что значительно экономит материал. Испытывалась свая, конструктивно представляющая собой стальную трубу диаметром 219 мм и длиной от 3 до 13 м. Оптимальный размер лопасти — от 500 до 550 мм. Поскольку же наиболее уязвимым местом винтовой металлической сваи является участок ствола с лопастью, как правило, повреждаемый коррозией, используется литой наконечник из легированной стали. Ствол сваи выполняется из низколегированной стали (толщина стенки трубы — от 10 до 12 мм). Такая конструкция позволяет резать грунт с наименьшим сопротивлением, сохраняя его естественную структуру, благодаря чему минимизируется величина крутящего момента, необходимого для погружения. Это дает возможность применять винтовые сваи при наиболее распространенных типах фундаментов и нагрузок.
Для получения расчетных зависимостей и количественных характеристик были выполнены испытания в полевых условиях по стандартной методике. На первом этапе проводились испытания на вдавливающие и выдергивающие статические нагрузки. Для исследования несущей способности были выбраны 6 опытных площадок с различными грунтовыми условиями. Применялось оборудование ОАО "Стройкомплекс" (Минск). Сваи завинчиваются в грунт с помощью гидрокабестана, подвешенного к стреле буровой установки. Наличие ходовой части и поворотной платформы позволяет решить проблему транспортировки оборудования и завинчивать сразу несколько свай с одной позиции машины, что значительно повышает производительность работ. Проведенные испытания показали, что существующие методы расчета несущей способности дают значительные отклонения от фактических значений, полученных опытным путем (как в сторону завышения, так и в сторону занижения). Анализ результатов испытаний показал, что винтовые сваи обладают большой несущей способностью и могут применяться в фундаментах, рассчитанных на широкий диапазон нагрузок. При этом грунты могут быть любыми, кроме скальных и глинистых твердой и тягучей консистенции. К преимуществам винтовых свай следует отнести высокую технологичность и индустриальность процесса, всепогодность (а значит, возможность непрерывного ведения работ), обеспечение сохранности ландшафта и окружающей среды, а также возможность повторного использования сваи. Технология погружения не требует тяжелой техники, а гидрокабестан может использоваться как навесное оборудование с любой подручной стреловой машиной. Все эти качества выдвигают винтовые сваи в ряд наиболее технически прогрессивных и экономичных, перспективных и конкурентоспособных конструкций. В настоящее время выпуск и внедрение стальных винтовых свай освоило ООО "Промстальконструкция" (Минск).
Устройство свайных фундаментов — одна из тех областей, где задача энерго- и ресурсосбережения решается наиболее успешно. Технико-экономическое сравнение, выполненное БелНИИС, показывает, что наиболее эффективным представляется использование винтовых металлических свай. На сегодняшний день имеется немало исследований поведения, как правило, железобетонных свай, в то время как в Беларуси вполне могут сооружаться облегченные фундаменты, воспринимающие вертикальные нагрузки до 1000 кН и горизонтальные до 500 кН. К сожалению, широкое внедрение в стране металлических винтовых свай сдерживает отсутствие нормативно-технической базы, данных по несущей способности, деформациям в различных грунтовых условиях Беларуси и при воздействии на них различных вдавливающих, выдергивающих, горизонтальных и моментных нагрузок.
Поэтому был выполнен ряд исследований особенностей работы металлических винтовых свай в различных грунтовых условиях Беларуси в зависимости от их размеров, характера загружения и условий изготовления и проектирования с целью дальнейшего усовершенствования конструкции сваи на основе полученных результатов. Достаточно широк спектр использования винтовых свай. В России данная технология применяется с середины прошлого столетия для быстрого возведения объектов военного назначения на неподготовленных площадках с неблагоприятными условиями (большой уклон поверхности, вечная мерзлота). Свойства этих свай быстро оценили и гражданские строители, начав использовать винтовые сваи при строительстве ЛЭП, мостов и путепроводов, опор антенн сотовой связи, подпорных стен для трубопроводов. В Санкт-Петербурге и Москве они используются при малоэтажном строительстве, возведении временных сооружений (стойки биг-бордов, остановочные павильоны, указатели, дорожные знаки, элементы садово-парковой архитектуры). Анализ отечественного и зарубежного опыта показал, что применение винтовых свай, в том числе в сложных грунтовых условиях, по сравнению с традиционными методами (забивка, вибропогружение, вдавливание, изготовление буронабивных свай с уширением) дает значительный технико-экономический эффект по многим показателям. В 2-3 раза сокращаются продолжительность и объем работ. На 30-50% уменьшается расход материала.
Имеющиеся на сегодняшний день данные испытаний немногочисленны, на территории же Беларуси они вообще отсутствуют. Поэтому одной из первоочередных задач в области проектирования фундаментов на винтовых сваях является исследование закономерностей их работы в условиях комбинированных нагрузок и различных грунтовых условиях. В ходе испытаний по результатам лабораторных исследований и численного моделирования были приняты конструкции, равнопрочные как по материалам, так и по грунту. Нагрузка на грунт примерно вдевятеро больше площади поперечного сечения, что значительно экономит материал. Испытывалась свая, конструктивно представляющая собой стальную трубу диаметром 219 мм и длиной от 3 до 13 м. Оптимальный размер лопасти — от 500 до 550 мм. Поскольку же наиболее уязвимым местом винтовой металлической сваи является участок ствола с лопастью, как правило, повреждаемый коррозией, используется литой наконечник из легированной стали. Ствол сваи выполняется из низколегированной стали (толщина стенки трубы — от 10 до 12 мм). Такая конструкция позволяет резать грунт с наименьшим сопротивлением, сохраняя его естественную структуру, благодаря чему минимизируется величина крутящего момента, необходимого для погружения. Это дает возможность применять винтовые сваи при наиболее распространенных типах фундаментов и нагрузок.
Для получения расчетных зависимостей и количественных характеристик были выполнены испытания в полевых условиях по стандартной методике. На первом этапе проводились испытания на вдавливающие и выдергивающие статические нагрузки. Для исследования несущей способности были выбраны 6 опытных площадок с различными грунтовыми условиями. Применялось оборудование ОАО "Стройкомплекс" (Минск). Сваи завинчиваются в грунт с помощью гидрокабестана, подвешенного к стреле буровой установки. Наличие ходовой части и поворотной платформы позволяет решить проблему транспортировки оборудования и завинчивать сразу несколько свай с одной позиции машины, что значительно повышает производительность работ. Проведенные испытания показали, что существующие методы расчета несущей способности дают значительные отклонения от фактических значений, полученных опытным путем (как в сторону завышения, так и в сторону занижения). Анализ результатов испытаний показал, что винтовые сваи обладают большой несущей способностью и могут применяться в фундаментах, рассчитанных на широкий диапазон нагрузок. При этом грунты могут быть любыми, кроме скальных и глинистых твердой и тягучей консистенции. К преимуществам винтовых свай следует отнести высокую технологичность и индустриальность процесса, всепогодность (а значит, возможность непрерывного ведения работ), обеспечение сохранности ландшафта и окружающей среды, а также возможность повторного использования сваи. Технология погружения не требует тяжелой техники, а гидрокабестан может использоваться как навесное оборудование с любой подручной стреловой машиной. Все эти качества выдвигают винтовые сваи в ряд наиболее технически прогрессивных и экономичных, перспективных и конкурентоспособных конструкций. В настоящее время выпуск и внедрение стальных винтовых свай освоило ООО "Промстальконструкция" (Минск).
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 46 за 2008 год в рубрике материалы и технолгии
